CN111342152A - 一种复合型电池包均衡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型电池包均衡电路，包括串联电池包、一级均衡模块和二级均衡模块，串联电池包由m个电池组串联而成，电池组由n个电池串联而成，且在相邻两个电池上连接有所述的二级均衡模块，在各电池组上均连接有所述的一级均衡模块；二级均衡模块包括有电感、两个第一MOS管以及二级均衡控制电路；一级均衡模块包括有变压器、m个第二MOS管、1个第三MOS管以及一级均衡控制电路。本发明具有以下优点和效果：本发明结合电感均衡和变压器均衡的优点，提高了多电池串联电池包的均衡效率，能够快速地达到均衡的目的。

Description

一种复合型电池包均衡电路
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种复合型电池包均衡电路。
背景技术
随着世界经济的不断发展，汽车占有量不断增加，导致环境污染和能源危机进一步加剧，因此电动汽车成为研究热点。电动汽车的研究重点是动力电池，动力电池管理系统需要为电动汽车提供良好的动力来源。目前生产的电池单体无法满足电动汽车的电压和功率要求，因此需要大量的单体进行串并联为电动汽车提供能量，那么电池单体之间就会产生不一致性问题，对电池的性能、寿命以及安全性带来危害。针对电池的不一致性问题，需要对电池包进行均衡控制。
根据开关和电荷转移方式的不同，一般可以分为能耗型均衡和非能耗型均衡两种类型。其中能耗型均衡一般是将电池组中能量高的单体电池通过旁路电阻等耗能元件将其以热能的形式耗散，保证电池组中单体电池的一致性。这种方式虽然简单，但是会增加电池组的温度，甚至会导致爆炸等危险。非能耗型均衡主要是通过设计均衡外电路并且利用电感等储能元件实现电池组中单体电池之间的能量转移。非能耗型均衡根据储能元件和能量转移的方式不同，一般可以分为基于电容的均衡、基于电感或变压器的均衡和基于转换器的均衡。
基于电感的电池均衡是两个相邻的电池利用电感进行能量传递，电路结构和控制逻辑简单，但是需要大量的元器件。基于变压器的电池均衡是多个电池利用变压器进行能量传递，不需要大量的元器件，但是电路结构和控制逻辑复杂。申请号为CN201710981394.7的中国发明专利提出了一种基于正激和反激变换的电池均衡电路及实现方法，可实现电池组中任意节电池单体到任意节电池单体同时均衡，但是该电路控制电路复杂，无法实现电池组之间的能量均衡。申请号为CN201910723123.0的中国发明专利提出了一种用于动力电池均衡的电路、方法和控制器，利用电阻和继电器实现了电池组之间的电池均衡，结构简单，但是均衡效率低。因此，电池均衡电路需要在控制系统复杂度、节约成本的同时提高电池的均衡效率。
发明内容
本发明针对背景技术的问题，提供了一种复合型电池包均衡电路。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种复合型电池包均衡电路，包括串联电池包、一级均衡模块和二级均衡模块，所述的串联电池包由m个电池组串联而成，所述的电池组由n个电池串联而成，且在相邻所述的两个电池上连接有所述的二级均衡模块，在各所述的电池组上均连接有所述的一级均衡模块；
所述的二级均衡模块包括有电感、两个第一MOS管以及二级均衡控制电路，两个所述的第一MOS管中的其中一个第一MOS管的漏极与另一个第一MOS管的源极相串联，且在两个所述的第一MOS管相串联后将该两个第一MOS管未相连的漏极和源极并联在相邻的两个电池的两端，所述的电感的一端连接在相邻的两个电池之间、另一端连接在两个第一MOS管之间，所述的二级均衡控制电路分别与两个第一MOS管的栅极相连；
所述的一级均衡模块包括有变压器、m个第二MOS管、1个第三MOS管以及一级均衡控制电路，所述的第二MOS管的源极连接在电池组的负极，所述的第二MOS管的漏极连接变压器的副边的一端，变压器的副边的另一端连接在电池组的正极，变压器的原边的一端连接在串联电池包母线的正极，变压器的原边的另一端连接在第三MOS管的漏极，第三MOS管的源极连接在串联电池包母线的负极，所述的一级均衡控制电路分别与第二MOS管和第三MOS管的栅极相连。
进一步设置是：所述的二级均衡控制电路和一级均衡控制电路内均设有PWM调制脉冲输出模块。
本发明的有益效果是：
本发明将电感均衡与变压器均衡组合起来，构成了复合型电池均衡电路。本发明在电池包存在不一致性时，先采用二级均衡，对每个电池组内的电池单体进行均衡控制；当每个电池组内的电池单体完成均衡后，再采用一级均衡，实现每个电池组之间的均衡控制，完成整个电池包的均衡控制。本发明有效地提高了电池均衡的灵活性以及电池均衡的效率。
附图说明
图1为实施例的电路原理图。
图中：1、一级均衡模块；2、二级均衡模块；31、串联电池包；32、电池组；33、电池。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如附图1所示，一种复合型电池包均衡电路，包括串联电池包31、一级均衡模块1和二级均衡模块2，串联电池包31由m个电池组32串联而成，电池组32由n个电池33串联而成，且在相邻两个电池33上连接有所述的二级均衡模块2，在各电池组32上均连接有所述的一级均衡模块1。m和n均为正整数。
二级均衡模块2包括有电感、两个第一MOS管以及二级均衡控制电路，两个第一MOS管中的其中一个第一MOS管的漏极与另一个第一MOS管的源极相串联，且在两个第一MOS管相串联后将该两个第一MOS管未相连的漏极和源极并联在相邻的两个电池33的两端，电感的一端连接在相邻的两个电池33之间、另一端连接在两个第一MOS管之间，二级均衡控制电路分别与两个第一MOS管的栅极相连。
具体的，电池33如附图1中所标记的Cell1-1和Cell1-2，两个第一MOS管如附图1中所标记的Q1_a和Q1_b，电感如附图1中所标记的L1。第一MOS管Q1_a的源极和第一MOS管Q1_b的漏极均与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电池Cell1-1的负极和电池Cell1-2的正极相连，第一MOS管Q1_a的漏极与电池Cell1-1的正极相连，第一MOS管Q1_b的源极与电池Cell1-2的负极相连,第一MOS管Q1_a和第一MOS管Q1_b的栅极均与二级均衡控制电路相连。二级均衡控制电路的PWM1_a和PWM1_b为一对状态互补的PWM信号。
一级均衡模块1包括有变压器、m个第二MOS管、1个第三MOS管以及一级均衡控制电路，第二MOS管的源极连接在电池组32的负极，第二MOS管的漏极连接变压器的副边的一端，变压器的副边的另一端连接在电池组32的正极，变压器的原边的一端连接在串联电池包31母线的正极，变压器的原边的另一端连接在第三MOS管的漏极，第三MOS管的源极连接在串联电池包31母线的负极，一级均衡控制电路分别与第二MOS管和第三MOS管的栅极相连。
具体的，第二MOS管如附图1中所标记的Q1_c、Q2_c…Qm_c,第三MOS管如附图1中所标记的Q1_d，变压器如附图1中所标记的T。且在本实施中，对于第一MOS管、第二MOS管以及第三MOS管的型号不作具体限定，从市场上采购符合电压要求的MOS管均可。
二级均衡控制电路和一级均衡控制电路内均设有PWM调制脉冲输出模块。在本实施例中，二级均衡控制电路和一级均衡控制电路可采用相同的电路，其作为控制作用来产生PWM调制脉冲，即产生分别控制第一MOS管Q1_a、第一MOS管Q1_b、第二MOS管Q1_c、第二MOS管Q2_c…及第三MOS管Q1_d的PWM1_a、PWM1_b、PWM1_c、PWM2_c…PWM1_d。
本发明通过输出PWM调制脉冲驱动第一MOS管、第二MOS管及第三MOS管的导通和关闭从而控制电池33均衡电流的大小。
本发明在串联电池包31存在不一致性时，先采用二级均衡，对每个电池组32内的电池单体进行均衡控制；当每个电池组32内的电池单体完成均衡后，再采用一级均衡，实现每个电池组32之间的均衡控制，完成整个串联电池包31的均衡控制。本发明有效地提高了电池33均衡的灵活性以及电池33均衡的效率。
本发明可以实现串联电池包31的电感和变压器的复合型电路均衡。当每个电池组32内的电池单体存在偏差的时候，通过二级均衡控制电路输出PWM驱动第一MOS管使电感工作，将电池中的电能转换为电感中的磁能，电感中的磁能转换为相邻能量较低的电池的电能，从而实现电池组32内的电池均衡。如：当电池Cell1-1能量大于电池Cell1-2，二级均衡模块2内的二级均衡控制电路输出PWM1_a和PWM1_b驱动电感L1工作。电池Cell1-1的能量通过电感L1转移到电池Cell1-2。本发明不仅可以对电池组32内进行均衡控制，而且可以对不同电池组32之间进行均衡控制。当电池组32之间存在偏差的时候，一级均衡模块1内一级均衡控制电路输出PWM1_c和PWM1_d驱动变压器工作。高能量的电池组32能量通过变压器将电能转换为磁能，变压器中的磁能再转换为低能量电池组32的电能，从而实现电池组32之间的均衡控制。如：当电池组Cells1能量大于电池组Cells2，一级均衡模块1内控制电路输出PWM1_c和PWM1_d驱动变压器T1工作。电池组Cells1的能量通过变压器T1转移到电池组Cells2。
本发明结合电感均衡和变压器均衡的优点，提高了多电池33串联成串联电池包31的均衡效率，能够快速地达到均衡的目的。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种复合型电池包均衡电路，其特征在于：包括串联电池包(31)、一级均衡模块(1)和二级均衡模块(2)，所述的串联电池包(31)由m个电池组(32)串联而成，所述的电池组(32)由n个电池(33)串联而成，且在相邻所述的两个电池(33)上连接有所述的二级均衡模块(2)，在各所述的电池组(32)上均连接有所述的一级均衡模块(1)；
所述的二级均衡模块(2)包括有电感、两个第一MOS管以及二级均衡控制电路，两个所述的第一MOS管中的其中一个第一MOS管的漏极与另一个第一MOS管的源极相串联，且在两个所述的第一MOS管相串联后将该两个第一MOS管未相连的漏极和源极并联在相邻的两个电池(33)的两端，所述的电感的一端连接在相邻的两个电池(33)之间、另一端连接在两个第一MOS管之间，所述的二级均衡控制电路分别与两个第一MOS管的栅极相连；
所述的一级均衡模块(1)包括有变压器、m个第二MOS管、1个第三MOS管以及一级均衡控制电路，所述的第二MOS管的源极连接在电池组(32)的负极，所述的第二MOS管的漏极连接变压器的副边的一端，变压器的副边的另一端连接在电池组(32)的正极，变压器的原边的一端连接在串联电池包(31)母线的正极，变压器的原边的另一端连接在第三MOS管的漏极，第三MOS管的源极连接在串联电池包(31)母线的负极，所述的一级均衡控制电路分别与第二MOS管和第三MOS管的栅极相连。
2.根据权利要求1所述的一种复合型电池包均衡电路，其特征在于：所述的二级均衡控制电路和一级均衡控制电路内均设有PWM调制脉冲输出模块。
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